模拟路灯控制系统设计报告

1、模拟路灯控制系统设计报告摘要： 以c8051f单片机为核心实现了模拟路灯控制系统。利用电源芯片pt4105对led路灯进行稳定有效的驱动，并且能按要求对led的功率进行调节；利用时钟芯片ds1302实现了路灯控制系统的计时功能；利用光敏器件和红外反射传感器，对环境的明暗和移动物体的位置进行监测，根据环境变化自动控制led路灯的打开和关闭。路灯控制系统通过对led路灯驱动电流的取样检测判断路灯的工作状态，在路灯出现故障时系统能发出报警信号及实现故障路灯的地址编号。调试结果表明，路灯控制系统达到了题目要求。 一：方案设计与论证1.支路控制器模块 方案一：以单片机at89c51为核心实现支路控制器模

2、块。它是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos 8位微处理器。它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，但它不具有a/d和d/a转换，执行指令的速度相对慢些。 方案二：采用exp-c8051f021为核心实现支路控制器模块。c8051f片内集成了a/d、d/a、pwm等多种资源，运行速度比at89c51更快，为电路的设计带来方便。 权衡之后，本系统决定采用方案二。 2.显示模块方案一：采用数码管。数码管对外界环境要求低，耐老化，易于维护。但是能耗高，显示的内容相对较少，显示效果单一。方案二：采用液晶显示屏。液晶显示屏（lcd）具有轻薄，短小，耗电量低，影像

3、稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，显示内容丰富，分辨率高，抗干扰能力强等特点。 权衡之后，决定本系统采用方案二。3.时钟功能模块方案二：利用单片机内部定时器来实现路灯控制系统的时钟功能。这需要占用单片机内部的定时和中断资源，误差也相对较大。 方案一：采用时钟芯片ds1302实现了路灯控制系统的时钟功能。ds1302是一个高性能，低功耗，带ram的实时时钟电路，它可以对年、月、日、时、分、秒等进行准确计时，电路接口简单，价格低廉，在编程使用上相对方便。权衡之后，决定本系统采用方案二。4led驱动模块 方案一：以大功率晶体管为核心，采用传统的分立元件构成的恒流源来驱动led工作。采用传统的分立元

4、件组成的恒流源电路比较复杂，功耗大，容易受工作点影响，不适合对led的的稳定驱动。 方案二：采用以电源芯片pt4105为核心的恒流源电路来实现对led的驱动。pt4105内部采用pwm控制,反馈电压仅为200mv,具有很高的转换效率；内含欠压锁定、过热保护、限流保护等功能，工作稳定；外围电路简单,调试方便，适用于对大功率led的驱动。 权衡之后，决定本系统采用方案二。5物体移动检测模块方案一：采用电涡流接近开关来实现对移动物体的检测。电涡流接近开关的配置相对简单，灵敏度高，稳定性强。但电涡流接近开关的有效测量距离比较短，而且要求被测物是金属。 方案二：采用红外反射传感器来实现对移动物体的检测。

5、红外反射传感器抗干扰能力强，若对红外信号进行调制发射和解调接收，红外发射传感器的有效测量距离能达到接近8米。权衡之后，决定本系统采用方案二。 第一页 二：主要硬件电路分析根据系统的要求，大致把主要硬件电路分成8个模块，其中包括支路控制器模块，显示模块，时钟控制模块，led驱动模块，物体移动检测模块，明暗检测模块，故障检测模块，声光报警模块。具体系统框图如图1所示。支路控制模块lcd显示led驱动时钟控制物体移动检测声光报警明暗检测故障检测 图1 系统结构框图 1.led的驱动模块 以电源芯片pt4105为核心组成led恒流驱动源，pt4105的lx端为功率开关管输出；lx端输出350ma的工作

6、电流，电流经过电感l1滤波稳流后，稳定驱动led工作。pt4105的fb端为反馈输入，对led阴极的电位进行采样；采样的电位经过比较，pt4105控制内部功率开关管的通断，从而保持led两端电压的稳定。c8051f的io口与pt4105的片选端ce相连，控制恒流源对led的供电。具体的电路如下图2所示图2 led的驱动模块电路原理 2.物体移动检测模块 物体移动检测电路如图3所示。利用555定时器组成震荡电路，产生38khz的载波；单片机向555定时器的复位端r输入低频方波，经过38khz调制后驱动红外发射管发出红外信号。红外信号经过物体反射后进入自带解调电路的红外接收头u1；红外接收头把信号

7、进行解调，并通过out端送入单片机进行边沿检测。 第二页 图3 红外传感器检测移动物体电路原理图3.故障检测模块 故障检测电路如图4所示。led的驱动电流经过r11转换为电压，送入lm358的同相输入端。lm358及外围器件组成同相放大电路，对采样的电压进行放大，再送入以lm393为核心的比较器，与参考电平比较。lm393比较器根据比较结果输出+5v的高电平和0v的低电平，驱动声光报警电路。 图4 故障检测原理图 4.时钟控制模块，明暗检测模块和声光报警电路 利用ds1302芯片实现时钟控制电路，利用光敏三极管实现明暗检测电路， 第三页利用蜂鸣器和led实现声光报警电路。具体的电路原理图如图5

8、，图6，图7所示图7 声光报警电路 图5 时钟控制电路原理图 图6 明暗检测电路原理图三 系统软件工作流程图 本系统的软件系统很大，本系统全部采用c51来完成对c8051f021控制器进程编程实现各项功能，本系统在设计的过程中，采用了模块化的思想，即包括主程序和多个模块的子程序来完成。通过主程序和子程序的一步步调试成功实现了系统的所有要求，达到了目的。 主要的编程流程图如下图8，图9所示，这两个图反映出了整个系统的软件编程过程。 第四页开始 初始化设置ny键盘分析系统时钟，设置开关时间显示工作状态显示系统时钟，故障信号显示灯1设定时？灯1亮显示灯2设定时？灯2亮ny是否在工作状态？ 图8 第五页工作开始白天？关灯开灯自动开关灯？开灯关灯时间设置？关 灯返回开灯时间设置？物体靠近？nynynyynny 图9四：测试分析1. 测试元件：万用表，卷尺，示波器等2. 可移动物体m上定位点与过“亮灯状态变换点（s,b,s）垂线间距离，实际测量结果如下表所示sbs距离由上图可以看出，其距离2cm,符合了本系统题目的的要求。3.红外反射传感器工作有效距离的测试。移动物体与led间距离6m 7.5m 7.9m 8.2mle